FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

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2020

AUTORES:

Altamirano Ramírez, Pedro Leandro (ORCID: 0000-0003-0026-4949)

ASESORA:

Mg. Saldarriaga Castillo, María del Rosario. (ORCID: 0000-0002-0566-6827)

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:

Diseño de Infraestructura Vial PIURA - PERÚ

Loayza Aguilar, Carlos Eduardo (ORCID: 0000-0002-6245-9007) Ingeniero Civil

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Análisis comparativo entre un diseño estructural de un

pavimento rígido y un pavimento rígido con geotextil tejido en

calles del AA.HH José Obdulio Rivera Querecotillo – Sullana

Piura 2020

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A nuestras familias por apoyarnos en todo momento.

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iv A Dios por permitirnos llegar hasta este punto de nuestra carrera profesional y también a nuestros padres por ayudarnos y apoyarnos siempre.

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vi Índice Carátula ... i Dedicatoria ... iii Agradecimiento ... iv Índice de contenido ... v

Índice de tablas ... vii

Índice de gráficos y figuras... viii

Resumen ... x

Abstract ... xi

I. INTRODUCCIÓN ... 1

II. MARCO TEÓRICO ... 6

III. METODOLOGÍA ... 14

3.1. Tipo y diseño de investigación ... 14

3.2. Variables y operacionalización ... 15

3.3. Población, muestra, muestreo, unidad de análisis ... 15

3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 16

3.5. Procedimientos ... 17

3.6. Método de análisis de datos ... 18

3.7. Aspectos éticos ... 18 IV. RESULTADOS ... 19 V. DISCUSIÓN ... 45 VI. CONCLUSIONES ... 49 VII. RECOMENDACIONES ... 50 REFERENCIAS ANEXOS

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vii Índice de tablas

Tabla 01: Resumen del conteo vehicular por tipo de vehículos. ... 19

Tabla 02: Resumen del conteo vehicular por semana. ... 20

Tabla 03: Factor de Corrección estacional de vehículos ligeros y pesados. ... 21

Tabla 04: Índice medio diario anual. ... 21

Tabla 05: Peso de vehículo según su eje. ... 22

Tabla 06: Relación de cargas por eje. ... 23

Tabla 07: Tránsito proyectado a 20 años. ... 24

Tabla 08: Ejes Equivalentes por día-carril. ... 25

Tabla 09: Tasa y PBI. ... 25

Tabla 10: Factor de crecimiento de vehículos livianos y pesados. ... 26

Tabla 11: Proctor Modificado C1-M1. ... 32

Tabla 12: Proctor Modificado C1-M2. ... 33

Tabla 13: Propiedades físicas y mecánicas del geotextil ... 34

Tabla 14: Valores recomendados de geotextil para grados de trabajabilidad ... 35

Tabla 15: Parámetros para diseño de pavimento rígido. ... 41

Tabla 16: Espesores del pavimento rígido. ... 42

Tabla 17: Parámetros para el diseño con geotextil tejido. ... 42

Tabla 18: Propiedades de la subrasante. ... 43

Tabla 19: Espesores del pavimento rígido con geotextil tejido. ... 44

Tabla 20: Comparación estructural de los pavimentos. ... 44

Tabla 21: Factor corrección de vehículos ligeros por unidad de peaje ... 84

Tabla 22: Factor corrección de vehículos pesados por unidad de peaje ... 85

Tabla 23: Factores de distribución direccional y de carril ... 87

Tabla 24: Valores recomendados de resistencia del concreto según tráfico ... 87

Tabla 25: Factor de ajuste por presión de neumático (Fp). ... 88

Tabla 26: Índice de serviciabilidad Inicial e índice de serviciabilidad Final ... 89

Tabla 27: Diferencial de serviciabilidad según rango de tráfico ... 90

Tabla 28: Valores de nivel de Confiabilidad y Desviación Estándar Normal ... 91

Tabla 29: Coeficiente de drenaje de las capas granulares ... 92

Tabla 30: Valores de Coeficiente de Transmisión de Carga ... 92

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Gráfico 01: Contenido de humedad. ... 27

Gráfico 02: Análisis Granulométrico en Arenas. ... 28

Gráfico 03: Análisis Granulométrico en Finos... 28

Gráfico 04: Análisis Granulométrico en Gravas. ... 29

Gráfico 05: Perfil Estratigráfico. ... 30

Gráfico 06: Límites de Atterberg C1 – M1 ... 31

Gráfico 07: Límites de Atterberg C1 – M2 ... 32

Gráfico 08: California Bearing Ratio. ... 33

Gráfico 09: Porcentaje de material más utilizado. ... 35

Gráfico 10: Cargo por arreglo en Tándem. ... 43

Figura 01: Formato para ensayo de Análisis Granulométrico por tamizado ... 55

Figura 02: Formato para ensayo de Capacidad de Soporte CBR - 1... 56

Figura 03: Formato para ensayo de Capacidad de Soporte CBR - 2... 57

Figura 04: Formato para ensayo de Contenido de Humedad. ... 58

Figura 05: Formato para ensayo de Límites de Atterberg ... 59

Figura 06: Formato para ensayo de Proctor modificado ... 60

Figura 07: Formato para conteo y clasificación vehicular. ... 61

Figura 08: Formato de clasificación vehicular - día 1 ... 63

Figura 15: Ensayo de Análisis granulométrico por tamizado - Muestra 1 - C1 ... 70

Figura 16: Ensayo de Límites de Atterberg - Muestra 1 - C1 ... 71

Figura 17: Ensayo de Contenido de Humedad - Muestra 1 - C1 ... 72

Figura 18: Ensayo de Proctor Modificado - Muestra 1 - C1 ... 73

Figura 19: Ensayo de Relación de soporte de California CBR - Muestra 1 - C1 ... 74 Índice de gráficos

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ix

Figura 20: Ensayo de Soporte de California 2 - Muestra 1 - C1 ... 75

Figura 21: Perfil Estratigráfico - Muestra 1 - C1 ... 76

Figura 22: Ensayo de Análisis Granulométrico por tamizado - Muestra 2 - C1 ... 77

Figura 23: Ensayo de Límites de Atterberg - Muestra 2 - C1 ... 78

Figura 24: Ensayo de Contenido de Humedad - Muestra 2 - C1 ... 79

Figura 25: Ensayo de Proctor Modificado - Muestra 2 - C1 ... 80

Figura 26: Ensayo de Relación de Soporte de California CBR - Muestra 2 - C1 .. 81

Figura 27: Ensayo de Relación de Soporte de California CBR 2 - Muestra 2 - C182 Figura 28: Perfil Estratigráfico - Muestra 2 - C1 ... 83

Figura 29: Pesos y Medidas máximas de vehículos ... 86

Figura 30: Modulo compuesto de reacción de la subrasante... 94

Figura 31: Cálculo del módulo de reacción de la subrasante ... 95

Figura 32: Corrección del Módulo efectivo de reacción de la subrasante ... 96

Figura 33: Estructura de pavimento rígido con pasadores ... 97

Figura 34: Cotización de geotextil ... 98

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x Resumen

En el presente trabajo de investigación titulado, Análisis comparativo entre un diseño estructural de un pavimento rígido y un pavimento rígido con geotextil tejido en calles del AA. HH José Obdulio Rivera en el distrito de Querecotillo – Sullana. Piura.2020, tuvo como objetivo general determinar el resultado del análisis comparativo entre un diseño convencional de pavimento rígido y otro agregándole una geotextil tejido. En esta investigación se utilizó una metodología de tipo Básica, nivel descriptivo, con enfoque cuantitativo y de diseño No Experimental, en el que para el recojo y análisis de resultados por objetivos se hizo uso de instrumentos como los ensayos de mecánicas de suelos, la guía AASHTO 93 y ábacos brindados por la USACE para implementar el geotextil. Habiendo logrado como resultado en el diseño del pavimento rígido convencional 28 cm (11”) para la losa de concreto y 15 cm (6”) para la capa sub base, de igual manera para el pavimento rígido con la geotextil tejido, 28 cm (11”) para la losa de concreto y una reducción del 20% en la capa sub base teniendo como espesor final 12 cm (5”) y como conclusión general se decidió conservar el diseño tradicional sin cambiar los espesores debido a que la zona presenta tránsito pesado, así mismo implementar la geotextil para evitar la mezcla de materiales entre capas y así preservar la estructura del pavimento.

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xi Abstract

In the present research work entitled, Comparative analysis between a structural design of a rigid pavement and a rigid pavement with woven geotextile in AA streets. HH José Obdulio Rivera in the Querecotillo - Sullana district. Piura. 2020, had the general objective of determining the result of the comparative analysis between a conventional rigid pavement design and another by adding a woven geotextile. In this research, a Basic type methodology was used, descriptive level, with a quantitative approach and a Non-Experimental design, in which for the collection and analysis of results by objectives, instruments such as soil mechanics tests, the guide were used. AASHTO 93 and abacuses provided by USACE to implement the geotextile. Having achieved as a result in the design of the conventional rigid pavement 28 cm (11”) for the concrete slab and 15 cm (6”) for the sub-base layer, in the same way for the rigid pavement with the woven geotextile, 28 cm (11”) for the concrete slab and a 20% reduction in the sub-base layer, having a final thickness of 12 cm (5”) and, as a general conclusion, it was decided to preserve the traditional design without changing the thicknesses due to the fact that the area has transit heavy, likewise implement the geotextile to avoid mixing of materials between layers and thus preserve the pavement structure.

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1 I. INTRODUCCIÓN

La estructura vial constituida por carreteras, avenidas, calles y jirones en una población, comunidad, distrito, ciudad, son considerados como el sistema circulatorio de una sociedad dentro de un país ya que gracias a éstas se pueden conectar las personas haciendo uso de un vehículo o tal vez de manera peatonal, siendo predominante su construcción en zonas urbanas más que zonas rurales por ser lugares apartados o alejados, en otros casos debidos a políticas gubernamentales.

Según el Ministerio de Transporte y Comunicaciones (2018), se entiende por infraestructura vial al conjunto de pistas o autopistas con sus respectivos soportes que forman parte de la estructura de la carretera y/o vías. También se dice que una red vial son las carreteras que pertenecen a la misma clasificación funcional ya sea a nivel vecinal, departamental y nacional.

Un ejemplo de alta envergadura en cuanto a obras de construcción vial lo tenemos en China, en el que según la revista CESVIMAP (2018), se encuentra en el top con las mejores autovías y autopistas del mundo, este cuenta en su haber más de 111.950 km construidos.

Por el contrario tenemos a Haití que carece de un buen complejo articulado de carreteras, según un estudio realizado por el portal de noticias CNN (2018), en donde se indica que este país centroamericano actualmente ocupa el último puesto en América en el ámbito de infraestructura vial.

En cuanto al Perú se dice que este país se encuentra en el 14vo puesto de países latinoamericanos en el desarrollo de infraestructura vial, lo que genera un poco de preocupación ya que diariamente muchas personas transitan por calles y se puede ver que se encuentran pavimentadas, sin embargo, en otros lugares de esta nación la realidad es distinta. Existen muchas razones por las cuales el Perú se encuentra atrasado en este ámbito, una de ellas es el poco compromiso de los gobiernos de turno y otra son las malas prácticas que realizan los especialistas a la hora de ejecutar la obra de infraestructura vial.

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2 En el departamento de Piura se observa la misma realidad que en otros lugares de este país en donde incluso hay carreteras que están destruidas o simplemente nunca se han construido. Recientemente se han hecho reconstrucciones de la mayoría de las pistas del caso urbano debido al impacto que dejó el fenómeno del niño Costero; sin embargo, estas reconstrucciones solo se han hecho a nivel de capital de departamento y algunas capitales de provincia, dejando de lado la construcción y reconstrucción en zonas rurales vinculadas a las provincias de Piura tales como Sullana, Chulucanas, Ayabaca y otros.

Respecto a lo anterior en el Distrito de Querecotillo -en la provincia de Sullana- existe un conjunto de pistas que no se encuentran pavimentadas o están destruidas debido al mal mantenimiento o malas prácticas, por lo tanto, el ámbito económico se ve afectado porque a la hora de transitar por estas calles se genera una incomodidad y retraso tanto para los conductores de los vehículos y transporte pesado que llevan productos hacia otras localidades. En el ámbito de la salud también ocasiona una gran complicación ya que, al no existir ningún pavimento, el polvo proveniente del terreno se levanta por consecuencia de la transitabilidad de los vehículos afectando directamente a las personas pequeñas y adultos mayores pudiendo causar a la larga enfermedades respiratorias.

En época de lluvias se genera un problema aún más grande para las personas de esta zona ya que debido a que la mayoría de calles presentan desniveles, el agua de las precipitaciones se mueve cuesta abajo o simplemente se estancan en un solo lugar, causando focos infecciosos o brotes para mosquitos que más adelante afectarían directamente a la población generando así epidemias. De igual manera el agua y la tierra al combinarse generan una capa de lodo muy densa que causa aún muchas más molestias para los vehículos que transitan por la zona y también para las familias que les es difícil movilizarse de un lugar a otro poniendo en riesgo su propia integridad ya que podrían resbalar y sufrir accidentes.

Por lo expuesto anteriormente, se presenta este trabajo de investigación que tiene como finalidad plantear un análisis comparativo de una construcción de manera normal o deliberada que en este caso es la de un pavimento rígido que comúnmente se utilizan en este tipo de suelos con alta napa freática, comparándola con la elaboración de otro pavimento rígido pero esta vez haciendo uso del material de

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3 geotextil tejido aplicándola en una de sus capas. Para esto se usará una losa de concreto que estará diseñada de acuerdo a las especificaciones que nos brinda el Manual de Carreteras, a su vez se tendrá en cuenta la aplicación de diferentes factores como el clima, el tipo de suelo en el que se trabajará, análisis de tránsito, el mantenimiento y las propiedades físicas y químicas del terreno; de igual manera en los ensayos se tendrá en cuenta la presencia de una geotextil tejido teniendo en consideración sus especificaciones técnicas que complementará la estructura del pavimento mejorando así su funcionamiento y alargando su vida útil sin dejar de lado el mantenimiento que se le deberá hacer a dicha calle para que se mantenga en óptimas condiciones.

La realización de este trabajo de investigación se torna importante porque los resultados comparativos permitirán establecer la opción más viable en el aspecto económico y utilitario. Además, sería conveniente tenerlo en cuenta para futuras construcciones ya que conforme avanza el tiempo la demanda de vehículos aumenta y esto requiere a su vez buenas pistas para su transitabilidad, de lo contrario se seguirá usando un método que podría ser de menor costo en su elaboración, sin embargo, a la larga no sería viable por su funcionabilidad y tiempo de vida. A partir de los resultados se generará conocimiento sobre esta modalidad de construcción que mejoraría el diseño que comúnmente se utiliza y de igual manera beneficiar a localidad de Querecotillo.

Acto seguido después de haber explicado la realidad problemática es propicio plantear el problema de esta investigación, dado que las carreteras de Piura no hacen uso en el diseño de Geotextil tejido y además de encontrarse en una zona donde las precipitaciones afectan cada año la infraestructura vial, surge la necesidad de plantearnos lo siguiente: ¿Cuál es el resultado del análisis comparativo entre un diseño estructural de un pavimento rígido y un pavimento rígido con geotextil tejido en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura 2020?, así mismo se presentan los problemas específicos pendientes a resolver en esta investigación: ¿Cuáles son los ejes equivalentes de cargas en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura 2020?, ¿cuáles son las propiedades del terreno en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura

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4 2020?, ¿cuáles son las propiedades del geotextil luego de haber sido aplicados a nivel de subrasante en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura 2020? y ¿cuáles son los diseños estructurales para un pavimento rígido y un pavimento rígido con geotextil en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura 2020?.

Este trabajo se justifica porque es la aplicación de un método novedoso para Piura y por esta razón se está realizando el análisis, además el presente trabajo de investigación podrá servir como antecedente para futuras investigaciones con respecto a esta nueva propuesta. Se sabe que día a día la tecnología avanza y en el caso de la ingeniería de carreteras no es la excepción, con el análisis que se realizará se podrá conocer la viabilidad de esta nueva técnica que podría ser la solución a futuro de este problema.

En Piura tanto como en otros lugares de la nación peruana, se sufre cada cierto tiempo el fenómeno pluvial del Niño, lo que genera como consecuencia incalculables pérdidas de tipo humano, económico, social y ambiental, siendo la parte urbanística relacionada al rubro de pistas, carreteras, avenidas, jirones, las que sufren mayores consecuencias negativas.

Una de las problemáticas más resaltantes es el estado en el que quedan estas carreteras después de atravesar un fenómeno pluvial, tal es el caso del distrito de Querecotillo, provincia de Sullana que luego de haber recibido fuertes cantidades de lluvias, sus calles o vías se tornan intransitables tanto para los vehículos como los peatones, es notable resaltar que por estas vías circulan vehículos de carga pesada lo que nos indica cuán importante es tener las calles restantes correctamente pavimentadas del distrito en cuestión. Así mismo, por la cantidad de pobladores que día en día van en aumento.

Para la viabilidad del presente trabajo de investigación haremos uso de la N.T.E. CE. 010 Pavimentos, el que tiene como propósito dar a conocer los distintos requisitos, parámetros, condiciones y estándares así como los procesos que se deben tener presente para la ejecución o diseño de cualquier obra vial.

Así mismo como una respuesta a la problemática planteado se propone los siguientes objetivos. Objetivo general: Determinar el resultado del análisis

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5 comparativo entre un diseño estructural de un pavimento rígido y un pavimento rígido con geotextil tejido en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura 2020, de igual manera se dan a conocer los objetivos específicos:Determinar los ejes equivalentes de cargas en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana.Piura.2020, determinar las propiedades del terreno en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana.Piura.2020, conocer las propiedades del geotextil tejido luego de haber sido aplicado a nivel de la subrasante en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana.Piura.2020 y un pavimento rígido con geotextil en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura 2020.

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6 II. MARCO TEÓRICO

Dada la importancia del tema en investigación, se ha considerado cinco trabajos de investigación como base teórica, los cuales están conformados por proyectos de tesis.

De acuerdo a KIPTOO, Denis (2016), revista internacional de investigación innovadora en ingeniería avanzada, titulada Refuerzo de la subrasante del pavimento usando relleno granular y una capa geosintética, la investigación presentó como objetivo establecer el grado de perfección de la capacidad que soporta para las cargas y la disminución del asentamiento como efecto del uso del geosintético, además la metodología fue experimental en donde las geomallas y geotextiles se utilizaron como refuerzo de la base granular en la cual cubre la subrasante con un porcentaje menor al 2%, en la que se realizó una combinación del geotextil entre la interfaz de la base y la subrasante y la geomalla al interior de la capa base. Como conclusión se tuvo que el estudio que se realizó en la investigación de los beneficios que se obtienen con el refuerzo de la inclusión de una capa geosintética en un suelo la cual tiene dos capas, se tuvo como necesitad de los refuerzos a la aplicación de subrasante suave en lugares en las cuales su capacidad portante era relativamente baja y estaban propensas a asentamientos altos.

Referente a la tesis de BUSTAMANTE, Andrés (2016), previa a la obtención del título de master en ingeniería en vialidad y transportes de la Universidad de Cuenca titulada: Evaluación en el nivel de resistencia de una subrasante, con el uso combinado de una geomalla y un geotextil, la cual tuvo como objetivo determinar la capacidad de resistencia de la subrasante empleando paralelamente un geotextil y una geomalla como estructura de reforzamiento y crear una comparación entre el uso adecuado de un geotextil con una geomalla y sin ningún tipo de reforzamiento. La metodología empleada fue no experimental- descriptiva, en la que se desarrollaron ensayos en el laboratorio la cual se obtuvo datos en la curvas de esfuerzo/deformación para los distintos escenarios analizados. Continuamente se determinó el CBR de la subrasante obteniendo 3.02% para luego proceder a hacer una simulación del comportamiento obtenido en el laboratorio de acuerdo a los

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7 modelos numéricos examinados en el software Plaxis en la que mostro como resultado los esfuerzos en la interface capa base-subrasante. Al concluir el estudio se demostró una significativa reducción en los espesores de cada capa como en la de la subrasante y la superior, por otro lado, se observó que no se tuvo un mejoramiento en cuanto se emplea un geotextil y una geomalla simultáneamente. Según la tesis de SWEAT, Eric (2016) para obtener el grado de maestro de la ciencia en la Universidad de Brigham Young - EE.UU titulada: Investigación de la capacidad estructural de los materiales base de agregados reforzados con Geomalla en Pavimentos Flexible, la cual tuvo como objetivo de investigar cual es la capacidad de soporte que puede llegar a tener la estructura de los materiales teniendo como base agregados reforzados con una geomalla utilizada en los pavimentos flexibles por medio de pruebas a mayor escala. La metodología planteada fue experimental, en la que se realizaron diferentes pruebas de campo tomando como referencia dos lugares en el norte de UTAH en la que incluía cinco diferentes secciones que contaban con refuerzo de una geomalla y cinco secciones de control las cuales no estaban reforzadas. Se utilizaron cinco tipos distintos de geomallas para poder permitir que el experimento sea representativo de las geomallas empleadas. En los dos diferentes sitios de campo se plantearon 10 secciones de prueba en la que se realizaron diferentes ensayos de campo durante y después de la construcción de los pavimentos para la determinación del modelo estructural in situ. Como conclusión se tuvo que debido a la presencia del refuerzo de la geomalla se tuvo valores más altos que la medida que se vio establecida en la capacidad de soporte de la estructura en comparación con la condición no reforzada, sin embargo, en los diferentes tipos de casos en ninguno de estos la diferencia fue prácticamente relevante según lo definido en esta investigación y, por lo tanto, no daría como resultado una entrada diferente en el proceso de diseño del pavimento.

Referente a la tesis de MIRANDA, Eddy (2019), para optar el grado académico de maestro en transportes y conservación vial en la Universidad Privada Antenor Orrego – Perú cuyo título fue: Diseño de una base granular reforzada con geomalla biaxial; para optimizar la calidad en la construcción de pavimentos flexibles, tramo Tayabamba – Ongon. Provincia de Pataz. La Libertad. Tuvo como objetivo realizar

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8 el diseño de una base granular fortalecida por una geomalla biaxial, así mismo el tipo de investigación usada fue correlacional y su diseño fue experimental y bibliográfico. La metodología que se empleó fue confirmada a través de mediciones deflectométricas las cuales se realizaron en el tramo III; de la carretera Tayabamba – Ongon; Km 29 + 860 al Km 45 + 613.79. Provincia de Pataz, Departamento. La Libertad; en un total de 15 Km + 753.79 mts. la cual permitió optimizar la condición en la construcción del pavimento flexible, entre el trecho Tayabamba - Ongon. Provincia de Pataz. La Libertad, cuya población está conformada por 23,596 kilómetros de carretera pavimentada compuesta con mezcla asfáltica determinando como muestra un total de 15 kilómetros + 753.79 mts. Miranda concluyó que de la comparación ejecutada entre los diferentes diseños se tuvo como resultado que la geomalla LBO 202 logra brindar una disminución de 4% en la base y 43% en la sub-base, por lo cual la geomalla biaxial LBO 302 disminuye en un 8% la base y 50% la sub-base, en cuanto la estructura del pavimento flexible, por otra parte, en los precios se observan minimizada en un 2.31% y 3.73% respectivamente.

Referente a la tesis de MERA, Jeans (2017) para optar el grado de título profesional de ingeniero civil en la Universidad Nacional de Cajamarca – Perú cuyo título fue: Evaluación técnico- económico del uso de geomalla multiaxial como refuerzo en la subrasante de la carretera Santa Cruz Bellavista, distrito Bellavista-Jaén-Cajamarca”, teniendo como objetivo estimar las consecuencias técnico- económico al usar la geomalla multiaxial como soporte de la subrasante de la carretera Santa Cruz- Bellavista. Así mismo, dar a conocer el proceso de construcción teniendo en cuenta el uso de la geomalla en una vía no pavimentada y estimar su costo en su viabilidad. La investigación corresponde tipo aplicativo, nivel explicativo, método y diseño transversal correlacional. La obtención de datos se pudo realizar con la ayuda de los formatos de catalogación vehicular del MTC, obteniendo un IMD proyectado a 10 años de 198 veh/día, de igual manera obtuvo 2.6x105_{como el}

mayor eje equivalente de los 3 tramos analizado. Del mismo modo se realizaron estudios de mecánica de suelos a través de los 2.846 km. Como conclusión se tuvo que la disminución de los espesores de los tramos de diseño reforzados utilizando la geomalla multiaxial se encuentra una variación entre 5.4 % y 39.2%, de acuerdo al tramo no reforzado, esto implica que se utiliza un menor porcentaje de material

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9 granular, todo esto sin afectar el aspecto técnico, ni su capacidad de soporte de tránsito de la vía.

Para el correcto desarrollo de la presente investigación se ha determinado teorizar variables de estudio tales como: pavimento considerado el material por el que está compuesto la superficie del terreno, es de una larga duración, así mismo tiene como destino y propósito el sostener tanto vehículos como peatones, ya sea una carretera o autopista. En tiempos pasados se utilizaban materiales como grava, adoquines y granitos para la superficie de los caminos, en las cuales en la actualidad han sido remplazados por asfalto de hormigón sobre una capa base compactada. Desde inicios del siglo XX los materiales compuestos de asfalto se han utilizado en las construcciones de pavimentos. En la actualidad se está iniciando a utilizar pavimentos permeables para carreteras o vías que atraviesan ciudades de bajo impacto. Los pavimentos son cruciales para países como Estados Unidos y Canadá, que dependen en gran medida del transporte por carretera. Por lo tanto, se lanzan proyectos de investigación como el rendimiento del pavimento a largo plazo para optimizar el ciclo de vida de diferentes superficies de carreteras. (MATHEW, T, 2009)

Los pavimentos rígidos se conforman por una capa de rodamiento superficial de concreto hidráulico, en la cual se elabora sobre la capa de la sub-base del pavimento. Se clasifica por poseer una gran rigidez así también un buen coeficiente de elasticidad, donde las cargas que actuarán sobre este son disipadas a través del pavimento. La capacidad que se va a tener en la estructura va a depender de la capacidad de soporte que la losa va a tener ante las cargas que va a sostener, dado eso las capas continuas no tendrán tanta influencia en el diseño. (MONTEJO, A, 2010).

El pavimento flexible a diferencia del pavimento rígido que es con el cual se trabajó en esta tesis esta conformado por 3 capas:

Losa de Concreto: esta capa tiene una función la cual es la más importante que se va a tener en el pavimento rígido ya que esta parte de la estrucutra será la que se encargará de distribuir y disipar las cargas uniformemente, así también tendrá como

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10 función resistir y transferir una cota conveniente a los impulsos que se le apliquen (MONTEJO, A, 2010).

Base: esta capa de la estructura tiene como principal objetivo disipar la fuerza que se produzca por el bombeo en las juntas, grietas y lados posteriores del pavimento. El bombeo en la acumulación de un material fino y agua que se encuentra fuera de la estructura por consecuencia de la permeabilidad de dicho componente a través de las juntas de las losas; el agua al ingresar por medio de las juntas disuelve al suelo fino de la subrasante provocando su salida a la superficie por el empuje ejercido gracias a las presiones circulantes de las losas. (MONTEJO, A, 2010) SubRasante: Es la denominacion del suelo en la que se ejecuta el paquete estructural del pavimento. Esta capa del pavimento tiene la función la cual permite percibir y resistir las cargas vehiculares, las cuales son transferidas a través de todo el pavimento y también tiene la función de repartir de una manera apropiada la capacidad del tránsito al cuerpo del terraplén. (MONTEJO, A, 2010)

Según RAVINDRA, Dhir (2017) la construcción de pavimentos rígidos y pavimentos compuestos que implica el uso de cemento hidráulico en combinación con materiales puzolánicos como cenizas y restos de cobre, poco a poco se va usando más a la hora de construir este tipo de pavimentos, aplicando estos materiales en sus diferentes capas, incluidas las sub-bases, base y losas de hormigón, que pueden ser hormigón liso o reforzado, articulado o continuo y fundido in situ o prefabricado. Al emplear el uso de estos materiales se refuerza cada capa aumentando el tiempo de vida del pavimento y reduciendo espesores, así mismo se proporciona una mejor transferencia de carga.

El Departamento de Transporte de Texas, cuyas siglas en inglés son TxDOT (2009) indica que los pavimentos rígidos tienen una estructura compuesta de cemento superficial u hormigón hidráulico con una base y eventualmente una sub-base. La capa superficial es la más rígida de todas las capas. Esta capa es una losa de cemento o concreto que proporciona la mayor parte de la fuerza al pavimento para reducir las tensiones térmicas y también las fallas que puedan generarse, este tipo de pavimentos comúnmente usa acero de refuerzo. Los siguientes son tipos de pavimentos rígidos: hormigón armado continuo pavimento, diseño de contracción

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11 de pavimento de hormigón, pavimento de hormigón armado articulado y pavimentos de hormigón postensado. Para el diseño de pavimento rígido, se recomienda el uso de DARWin, un producto de software que proporciona a los usuarios herramientas para el análisis del diseño de pavimentos. Este utiliza el procedimiento de la Guía AASHTO (1993) para el diseño de estructuras de pavimento. Gracias a este software se puede diseñar tanto un pavimento rígido como también flexible. Para un diseño de pavimento DARWin nos ayuda a obtener el cálculo del grosor de la capa mediante tres métodos seleccionados por el usuario, incluido un esquema de optimización.

El Departamento de Transporte de Estados Unidos, cuyas siglas en inglés son USDOT (2017) da a conocer que los pavimentos rígidos se construyen típicamente usando un capa de superficie unida de cemento portland sobre una o más capas de soporte sobre una tierra natural preparada o la subrasante. La capa base es típicamente proporcionada para apoyar el tráfico además proporcionar uniformidad de soporte a la superficie. La capa base puede consistir en agregado no unido o agregado unido a cemento. El ligado de las capas pueden ser asfalto denso y convencional, hormigón magro o tratado con cemento, estos tienen cumplen la función de drenaje dentro de la estructura del pavimento. Eventualmente poco se usa una capa sub-base para pavimentos rígidos, sin embargo en caso de emplearse, esta tendrá la función de proteger al pavimento de heladas o simplemente también puede servir para mejorar la capacidad de construcción en las próximas capas.

Con respecto a los geosintéticos, GUYER, Paul (2017) explica que una Geotextil Tejida se utiliza para separar el lodo marino del relleno de recuperación. También los geotextiles se utilizan como refuerzos en los procesos de recuperación para aumentar su estabilidad.

En la actualidad existen diferentes versiones de los geotextiles, según su manera de utilización se caracterizan por poder desarrollar con varias funciones sincrónicamente cuando son colocadas en el terreno, como es la función de filtración en el cual el geotextil trabaja homogéneamente reteniendo las partículas de grano fino hacia las partículas de grano grueso al fluir con el agua. Se tiene la función de separación en la que el geotextil trabaja como separador de los distintos

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12 tipos de material o propiedades físicas para evitar que estos se mezclen. También cumple la función de drenaje en la cual sirve para controlar, conducir y evacuar los líquidos que se encuentra en la estructura del pavimento, seguido de cumplir una función de refuerzo en la cual aumenta la capacidad de soporte del suelo para que la construcción de pavimentos esté estabilizada. (BALLESTER, F, 2000).

Según (KOERNER, R, 2005) el polímero usado para la fabricación de un geotextil puede estar constituido por polipropileno, poliéster, polietileno y nylon en la cual indica que el más usado para su fabricación y producción es el polietileno con un porcentaje de 92%.

Para poder diseñar un pavimento rígido es necesario saber la capacidad y tipo de suelo sobre el cual se va a trabajar, por lo tanto, se necesita realizar una serie de ensayos para determinar estos factores, uno de estos es el CBR. La empresa SOUTHERN (2016) indica que el ensayo se utiliza para estimar la capacidad de carga y la resistencia mecánica de sub-bases y subrasante carreteras. Desarrollado originalmente por el Departamento de Transporte de California, ahora es ampliamente utilizado en el diseño de carreteras, pavimentos, aparcamientos y aplicaciones similares.

Según el Ministerio de Transporte y Comunicaciones MTC (2018), los estudios de tráfico son esenciales e influyen en las características del trasporte. Estos valores están relacionados a la cantidad y composición de los vehículos que circulan por el área de estudio en los periodos de diseño para así poder establecer el diseño que será utilizado en un pavimento de una carretera o plan de construcción de estas. Este estudio también tiene por objetivo cuantificar la magnitud de los vehículos y así también catalogar el tipo de vehículo. Para la realización de dicho estudio es necesario tener conocimiento acerca de los ejes equivalentes de los vehículos que transitan por el área.

El ensayo de proctor modificado define la densidad/humedad se produce a través del desarrollo mecánico que permite minimizar la cantidad de vacíos en una proporción de partículas de suelo, así mismo estas son obligadas a estar más cerca y en contacto una de otras, esto permite que densidad aumente disminuya su

(22)

13 deformabilidad, aumente su peso específico seco, como también su permeabilidad, a esto se le denomina compactación. (HERNANDEZ, J, 2016).

El análisis de tamiz ayuda a determinar la distribución del tamaño de partícula de los agregados gruesos y finos. Esto se realiza tamizando los agregados según la norma ASTM D422. La distribución del tamaño a menudo es de importancia crítica para la forma en que el material se desempeña en uso. Se puede realizar un análisis de tamiz en cualquier tipo de materiales granulares no orgánicos u orgánicos. (BOTÍA, W, 2015)

Con respecto al límite líquido es la cantidad de porcentaje de humedad que contiene el suelo, en el cual se manifiesta un comportamiento plástico, si los suelos llegan a tener un porcentaje del contenido de humedad máximos al límite líquido, su comportamiento constatará de un fluido viscoso. El límite plástico se especifica como el momento de términos sobre el contenido de humedad, en el que se hacen rollitos con las muestras y estos deben tener un aproximado de 3 mm de diámetro, conforme se van haciendo más pequeños estos presentaran desmoronamiento y agrietamiento (BOTÍA, W, 2015).

El ensayo de Contenido de Humedad es la relación existente entre la masa de agua que logra alojarse dentro de la estructura porosa del suelo, y la masa propia de las partículas de suelo (BOTÍA, W, 2015).

(23)

14 III. METODOLOGÍA

3.1. Tipo y diseño de investigación

Tipo de Investigación:

La investigación básica tiene como propósito la recopilación y obtención de datos como finalidad de ir alimentando una base de conocimiento que se va asociando a la información ya existente (GÓMEZ, M, 2006).

La presente investigación es de tipo básica porque intenta generar conocimiento y explicar los hechos, a partir del análisis comparativo de dos diseños estructurales de pavimento rígido.

Diseño de Investigación:

La investigación no experimental, es aquella que recolecta datos, sin manipular ni transformar las ideas, es decir solo y por su nivel se describe el fenómeno a estudiar (NAMAKFOROOSH, M, 2018).

La finalidad de la investigación descriptiva es reconocer las distintas costumbres, situaciones y actitudes que sobresalen a través de la descripción exacta de lo que se lleva a cabo (MEYER, D, 1981).

El diseño del presente trabajo es no experimental descriptiva ya que no se están manipulando las variables establecidas en la investigación, se está describiendo las características y elementos que conforman el pavimento rígido de acuerdo a lo establecido en las normas de construcción, así mismo estará basada en caracterizar las propiedades, componentes y dimensiones importantes que existen entre las variables.

Enfoque:

El enfoque es cuantitativo cuando la recolección de datos es equivalente a la medición, de acuerdo con la definición más común que se encuentra del término medir significa designar números a sucesos y cosas rigiéndose a ciertas reglas (GÓMEZ, M, 2006).

(24)

15 Según el enfoque, la presente investigación será cuantitativa debido que para diseñar este tipo de pavimento se realizaran diferentes ensayos de manera que se pueda cumplir cada uno de los objetivos trazados.

3.2. Variables y operacionalización

Las variables presentes en el siguiente estudio son: Pavimento rígido y pavimento rígido con uso de Material geotextil tejido.

3.3. Población, muestra y muestreo

Población:

La población es la averiguación de diferentes elementos (personas, objetos, organismos) que comunican sobre el fenómeno explicativo circunscrito en el estudio del problema de investigación (NAVARRO, S, 2018).

Para esta investigación la población está comprendida por las 6 únicas calles del AA. HH José Obdulio Rivera. La población debe estar limitada a las peculiaridades en torno al lugar y tiempo.

1. Criterios de inclusión:

- Todas las calles que formen parte del asentamiento humano - Todas las calles que no estén pavimentadas.

- Todas las calles del asentamiento humano con las mismas características. 2. Criterios de exclusión:

- Todas las calles que no formen parte del asentamiento humano. - Todas las calles que estén pavimentadas en el asentamiento humano. - Todas las calles que no presenten las mismas características.

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16 Muestra:

La muestra es una fracción de la población, se puede definir el sub conjunto de la población tomada u universo. Para determinar y escoger la muestra principalmente deben estar limitadas sus peculiaridades de la población. (LOPEZ, P, 2004).

En el caso del presente estudio la muestra está conformada por la misma población, es decir las 6 calles que componen el AA. HH José Obdulio Rivera que equivale a 1 km (1000 metros).

Muestreo:

El muestreo aleatorio simple es una herramienta de investigación científica la cual es aplicada principalmente en investigaciones que contengan poblaciones pequeñas y de fácil identificación (OTZEN, T y MANTEROLA, C, 2017).

En la presente investigación no se llevará a cabo un muestreo debido a que los investigadores tienen una muestra no probabilística, sino más por conveniencia ya que la muestra es la misma que la población.

3.4. Técnicas e instrumentos de recolección de datos

Técnica:

El ensayo es un método el cual permite determinar distintas características de un material estudiado en un laboratorio o in situ, también permite brindar confianza de que los materiales contengan propiedades requeridas para su seguridad y calidad que cumplen con las especificaciones técnicas. (BUREAU VERITAS, 2015)

La técnica a utilizar serán los ensayos de mecánicas de suelos, que se aplicarán al terreno de fundación con la finalidad de obtener los datos que más adelante ayudarán al diseño estructural del pavimento rígido; los cuales son

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17 los siguientes CBR, análisis granulométrico, contenido de humedad, relación densidad/humedad proctor, límites de consistencia.

Instrumento:

Los instrumentos permiten fijar con claridad los elementos u observaciones que se van a considerar a la hora de realizar la investigación, también permite saber cómo se les medirá y qué atributos se desea conocer de ellos. NAVARRO, Sergio (2018) En la presente investigación se usará las fichas de registro en hojas Excel.

Validez y Confiabilidad: Validez:

La validez significa el medio por el cual un método de investigación tiene la capacidad de dar respuesta a las distintas interrogantes formuladas. (RUSQUE, M, 2003). Para la siguiente investigación no es necesario recurrir a la validación de instrumentos por expertos porque los que se usarán en la presente investigación ya han sido utilizados y probados a nivel nacional e internacional.

3.5. Procedimientos

El lugar que se estudió de la presente investigación es el distrito de Querecotillo que queda en la provincia Sullana, lugar que se caracteriza por tener un suelo altamente orgánico debido a que en la antigüedad muchas de sus calles eran usadas como terrenos de cultivo y con el paso del tiempo los pobladores han ido tomando estos terrenos con la finalidad de construir sus casas, lo cual nos lleva a proponer el diseño del pavimento rígido con geotextil tejido, para poder lograr este objetivo se necesitará determinar las propiedades físicas y mecánicas del suelo en el lugar de estudio, las cuales las podremos evaluar gracias a los diferentes ensayos y con respectivas muestras que se tomaran del lugar para luego analizarlas a profundidad en el laboratorio.

(27)

18 Con los datos arrojados por los ensayos de mecánica de suelos se podrá comenzar con el diseño rigiéndonos a la guía AASHTO (1993). Conociendo también las propiedades físicas que nos brindará el geotextil tejido se hará un análisis comparativo entre un diseño común y otro aplicando dicho material para poder saber los beneficios del pavimento rígido con geotextil tejido con respecto a la sociedad.

3.6. Método de análisis de datos

Será el análisis matemático porcentual porque se va contabilizar el porcentaje de los ítems que den como prueba o resultado que el geotextil tejido si es un material que puede ayudar a alargar la vida del pavimento y también reducir costos. Además, se utilizaron tablas de frecuencia con la finalidad de mostrar la información de forma tabulada y ordenada permitiendo al lector y al investigador un análisis más detallado. De igual manera se usaron gráficos obtenidos del programa de Microsoft Excel para poder hacer más interactiva la información.

3.7. Aspectos éticos

Ese trabajo se realizará bajo los siguientes principios fundamentales que según HONDUR (2012) describe en su informe: La justicia, el respeto y como último principio la beneficencia; en el cual recalca que todos los profesionales dedicados a la investigación deben practicar estos principios y siempre tenerlos en cuenta. Así también es un tema de tipo inédito, es decir fueron los investigadores los que idearon y encontraron un problema, a partir de esto decidieron hacer una investigación. Así también se respeta y se hace uso de las normas ISO 690 para citar adecuadamente los libros, manuales, teorías que se mencionan, revistas, tesis, lo que quiere decir que se reconoce el derecho de autoría.

La presente investigación se realizará en base a los principios antes mencionados, teniendo en cuenta los parámetros establecidos por la guía AASHTO (1993), así mismo se respetar los datos obtenidos y la confiabilidad de los mismos.

(28)

19 IV. RESULTADOS

De acuerdo al primero objetivo que consistió en determinar los ejes equivalentes de cargas en la zona con la finalidad de poder expresar el flujo vehicular en términos conocidos como el ESAL o carga equivalente de eje simple, este representa la sumatoria total de repeticiones por día. Para poder determinar el ESAL o ejes equivalentes se calculó el IMD, IMDS, IMDA, periodo de diseño, peso unitario de vehículos, transito proyectado, ejes equivalentes por día – carril y el factor de crecimiento acumulado. El índice medio anual que es la cuantificación de vehículos que circulan por un área de estudio; por lo tanto, se llevó a cabo un conteo vehicular durante la semana del lunes 21 al domingo 27 de octubre durante 24 horas.

Tabla 01: Resumen del conteo vehicular por tipo de vehículos.

Tipo de Vehículo

Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo

Automóvil 276 256 264 274 288 185 128 Station Wagon 170 198 180 203 218 196 121 Pick up 111 121 151 163 167 170 75 Panel 0 0 3 8 11 16 15 Micro Rural 54 70 69 78 66 68 55 Micro 2 6 6 11 11 13 13 B2/B3 0 0 0 0 2 0 0 C2 31 30 28 38 38 27 4 C3 39 58 57 78 71 31 3 T2S1/T2S2 0 0 0 5 5 7 3 T2S3 5 6 9 11 13 9 0 T3S1/T3S2 2 3 5 10 13 8 0 T3S3 0 2 2 0 0 0 0 2T2 0 0 0 0 0 0 0 TOTAL 690 750 774 879 903 730 417

(29)

20 INTERPRETACIÓN

En la tabla 01 se pudo observar que los vehículos más predominantes que transitaban en esta zona son los autos, así mismo el día con mayor movimiento en las calles del AA. HH José Obdulio Rivera es el viernes, por otro lado, el día con menos movimiento es el domingo 27 de octubre.

Una vez calculado el Índice Medio Diario (IMD), se procedió a calcular el Índice Medio Diario Semanal (IMDS), para el cual se necesitará la siguiente fórmula:

𝐼𝑀𝐷

_𝑠

= ∑ 𝑉𝑖/7

Vi = Volumen vehicular correspondiente a cada uno de los días de estudio

Tabla 02: Resumen del conteo vehicular por semana. Tipo de

Vehículo

Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo IMDS

Automóvil 276 256 264 274 288 185 128 238.71 Station Wagon 170 198 180 203 218 196 121 183.71 Pick up 111 121 151 163 167 170 75 136.86 Panel 0 0 3 8 11 16 15 7.57 Micro Rural 54 70 69 78 66 68 55 65.71 Micro 2 6 6 11 11 13 13 8.86 B2/B3 0 0 0 0 2 0 0 0.29 C2 31 30 28 38 38 27 4 28 C3 39 58 57 78 71 31 3 48.14 T2S1/T2S2 0 0 0 5 5 7 3 2.86 T2S3 5 6 9 11 13 9 0 7.57 T3S1/T3S2 2 3 5 10 13 8 0 5.86 T3S3 0 2 2 0 0 0 0 0.57 2T2 0 0 0 0 0 0 0 0

FUENTE: Elaboración propia de los autores. Dónde:

(30)

21 INTERPRETACIÓN

En la tabla 02 se pudo observar el promedio de vehículos según su tipo que transitan por calles del AA. HH José Obdulio Rivera, así mismo el automóvil es el vehículo que más predomina en dicha zona.

Continuando con el desarrollo del estudio de tráfico se prosiguió a calcular el Índice Medio Diario Anual (IMDA) que consistió en la estimación de vehículos que transitan durante un año por la zona de estudio, para lo cual se utilizó la siguiente fórmula:

𝐼𝑀𝐷𝐴 = 𝐼𝑀𝐷𝑆 ∗ 𝐹𝐶

IMDS = Índice medio diario semanal F.C = Factor de corrección estacional

Tabla 03: Factor de Corrección estacional de vehículos ligeros y pesados.

F.C Vehículos Ligeros 0.94

F.C Vehículos Pesados 0.97

FUENTE: Elaboración propia de los autores.

Tabla 04: Índice medio diario anual. Tipo de Vehículo IMDS F.C IMDA Automóvil 238.71 0.94 226.11 Station Wagon 183.71 0.94 174.02 Pick up 136.86 0.94 129.63 Panel 7.57 0.94 7.17 Micro Rural 65.71 0.94 62.25 Micro 8.86 0.94 8.39 B2/B3 0.29 0.97 0.28 C2 28 0.97 27.19 C3 48.14 0.97 46.75 Dónde:

(31)

22 Tipo de

Vehículo IMDS F.C IMDA

T2S1/T2S2 2.86 0.97 2.77

T2S3 7.57 0.97 7.35

T3S1/T3S2 5.86 0.97 5.69

T3S3 0.57 0.97 0.55

Total 698.16

INTERPRETACIÓN

En la tabla 04 se pudo observar el Índice medio diario anual de los vehículos que transitan en calles del AA. HH José Obdulio Rivera.

Prosiguiendo con el cálculo del ESAL es necesario determinar un periodo de vida para el diseño, el cual será de 20 años. Una vez establecido la cantidad de años para el diseño se procedió a definir el peso unitario de los vehículos pesados para lo cual se utilizaron las siguientes fórmulas:

Tabla 05: Peso de vehículo según su eje.

Tipo de Eje

Eje Equivalente a

(EE8.2 Tn)

Eje simple de ruedas simples (𝐸𝐸S1) EES1 = [P/6.6]4.1 Eje simple de ruedas dobles (𝐸𝐸S2) EES2 = [P/8.2]4.1 Eje tándem (1 eje ruedas dobles + 1 eje rueda simple) (𝐸𝐸TA1) EES2 = [P/13.0]4.1 Eje tándem (2 ejes de ruedas dobles) (𝐸𝐸TA2) EES2 = [P/13.3]4.1 Ejes trídem (2 ejes ruedas dobles + 1 eje rueda simple) (𝐸𝐸TR1) EES2 = [P/16.6]4.0 Ejes trídem (3 ejes de ruedas dobles) (𝐸𝐸TR2) EES2 = [P/17.5]4.0

P = peso real por eje en toneladas

FUENTE: Elaboración propia en base a correlaciones con los valores de las Tablas del apéndice D de la Guía AASHTO 93 para pavimentos rígidos.

(32)

23 Tabla 06: Relación de cargas por eje.

Tipos de Vehículo

Eje delantero

Conjunto de ejes posteriores

Total unitario 1 2 3 7 11 18 ₂₃ ₁₁ ₁₈ ₂₅ ₁₁ ₁₈ B2/B3 1.27 3.33 4.61 C2 1.27 3.33 4.61 C3 1.27 3.46 4.73 T2S1/T2S2 _1.27 _3.33 _3.46 _8.06 T2S3 _1.27 _3.33 _4.16 _8.76 T3S1/T3S2 _1.27 _3.46 _3.46 _8.19 T3S3 _1.27 _3.46 _4.16 _8.89

FUENTE: Elaboración propia en base a datos de la guía AASHTO 93.

INTERPRETACIÓN

En la tabla 06 se detalló los pesos unitarios de cada vehículo de acuerdo a sus ejes en base a las fórmulas proporcionadas por la guía AASHTO 93.

Una vez obtenidos los pesos unitarios se procede a determinar la cantidad de vehículos que transitarán por la zona de estudio por un periodo de diseño de 20 años. Cabe resaltar que para la siguiente fórmula se usaron datos estadísticos brindados por el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI). Para esto se necesitó la tasa anual de crecimiento de tránsito la cuál es 4.8%, por otro lado, el Producto Bruto Interno en los últimos trimestres tuvo un crecimiento de 2.7% en base al año 2007.

𝑇𝑛 = 𝑇𝑜 (1 + 𝑟)

𝑛−1

Donde:

Tn = Tránsito proyectado. To = Tránsito actual

n = Número de años proyectado

(33)

24 Tabla 07: Tránsito proyectado a 20 años.

Tipo de Vehículo _IMDA _{T. PROYECTADO}

Automóvil 226.11 551.04 Station Wagon 174.02 424.1 Pick up 129.63 315.91 Panel 7.17 17.47 Micro Rural 62.25 151.71 Micro 8.39 20.45 B2/B3 0.28 0.68 C2 27.19 66.26 C3 46.75 113.93 T2S1/T2S2 2.77 6.75 T2S3 7.35 17.91 T3S1/T3S2 5.69 13.87 T3S3 0.55 1.34 TOTAL 714.25 1701.43

INTERPRETACIÓN

En la tabla 07 se especificó el IMDA calculado anteriormente y a su vez el tránsito proyectado a 20 años.

Para poder hallar los ejes equivalentes del estudio de transitabilidad se aplicó la siguiente fórmula:

𝐸𝐸

_𝐷Í𝐴

𝐶𝐴𝑅𝑅𝐼𝐿

= 𝐼𝑀𝐷𝑃 ∗ 𝐹𝑑 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑣𝑝 ∗ 𝐹𝑝

IMDP = Índice medio diario proyectado de vehículos pesados. Fd = Factor direccional.

Fc = Factor carril.

Fvp = Factor vehículo pesado Fp = Presión óptima de neumático Dónde:

(34)

25 Tabla 08: Ejes Equivalentes por día-carril.

Tipo de

Vehículo IMDP Fd Fc Fvp Fp _CARRILEE DÍA

B2/B3 0.68 0.5 1.00 4.61 2.31 3.62 C2 66.26 0.5 1.00 4.61 2.31 352.80 C3 T2S1/T2S2 113.93 6.75 0.5 0.5 1.00 1.00 4.73 8.06 2.31 2.31 622.42 62.83 T2S3 17.91 0.5 1.00 8.76 2.31 181.21 T3S1/T3S2 13.87 0.5 1.00 8.19 2.31 131.20 T3S3 1.34 0.5 1.00 8.89 2.31 13.76 TOTAL 1367.85

INTERPRETACIÓN

En la tabla 08 se calculó los ejes equivalentes por día – carril obteniendo una sumatoria total de 1367.85

Como último factor para poder calcular el estudio tráfico se determinó el factor de crecimiento acumulado por lo cual se utilizó la siguiente fórmula:

𝐹𝑐𝑎 =(1 + 𝑟)

𝑛_{− 1}

𝑟

r = Tasa anual de crecimiento de tránsito, es importante destacar que son diferentes tanto para vehículos pesados como ligeros.

n = Periodo de diseño.

Tabla 09: Tasa y PBI.

Tasa de crecimiento (Vehículos Ligeros) 3.8%

PBI (Vehículos pesados) 5.7%

FUENTE: Elaboración propia de los autores. Dónde:

(35)

26 Tabla 10: Factor de crecimiento de vehículos livianos y pesados.

Fca. Vehículos livianos 29.16766253

Fca. Vehículos pesados 35.62102678

Para finalizar el estudio se determinaron los ejes equivalentes a 8.2 Tn, cabe resaltar que se utilizó el dato de vehículos pesados ya que ejerce más presión sobre el pavimento a diferencia del liviano.

𝑁𝑟𝑒𝑝 𝑑𝑒 𝐸𝐸

_8.2𝑡𝑛

= ∑(𝐸𝐸

_{𝑑í𝑎−𝑐𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙}

∗ 𝐹𝑐𝑎 (𝑝𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜𝑠) ∗ 365)

𝑁𝑟𝑒𝑝 𝑑𝑒 𝐸𝐸

_8.2𝑡𝑛

= ∑ (1367.85 ∗ 35.62102678 ∗ 365)

𝑁𝑟𝑒𝑝 𝑑𝑒 𝐸𝐸

_8.2𝑡𝑛

= 17784340.8405733995

El resultado del estudio de transitabilidad que se obtuvo fue que el número de repeticiones de ejes equivalentes a 8.2Tn será igual a 17 x 106_{, un número elevado}

a comparación de otros resultados de otras investigaciones, pero en el caso de este estudio este resultado se debe a la presencia de vehículos con 3 ejes que transitan por la zona.

Con respecto al segundo objetivo que consistió en determinar las propiedades del terreno de las calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana.Piura.2020, se tuvo que efectuar diferentes ensayos de mecánica de suelos a la zona de estudio, para obtener la muestra del terreno se realizó una calicata a 1.5 metros de profundidad entre la calle principal del AA. HH, posteriormente se llevó dicha muestra al laboratorio para analizarla.

Propiedades físicas:

(36)

27 Contenido de Humedad

Gráfico 01: Contenido de humedad.

FUENTE: Elaboración propia de los autores

INTERPRETACIÓN

En el gráfico 01 se puede visualizar la existencia de diferentes contenidos de humedad entre la muestra 1 obtenida a una profundidad de 0.8 a 0.9 con 20,12 % y la muestra 2 conseguida a un nivel de profundidad de 0.9 a 1.5 metros con 22.91 % de humedad respectivamente, resultados disímiles en cuanto a la humedad debido a que la segunda muestra es de mayor profundidad que la primera.

Análisis Granulométrico

En el siguiente ensayo se pudo determinar la presencia de arena, grava y finos.

20.12% 22.91% 0.00% 5.00% 10.00% 15.00% 20.00% 25.00% Muestra 1 Muestra 2 % d e H u medad Muestras

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28 Gráfico 02: Análisis Granulométrico en Arenas.

INTERPRETACIÓN

En el gráfico 02 se puede visualizar la cantidad de arenas expresada en porcentajes de acuerdo a las dos muestras, es así que en la primera muestra se obtiene un 61.4% de arena y en la segunda muestra presenta 31.5%

Gráfico 03: Análisis Granulométrico en Finos.

FUENTE: Elaboración propia de los autores 61.4% 31.5% 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% Muestra 1 Muestra 2 % d e A ren as Muestras 26.20% 68.50% 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 80.00% Muestra 1 Muestra 2 % d e Fi n o s Muestras

(38)

29 INTERPRETACIÓN

En el gráfico 03 se observó una menor cantidad de finos en la muestra 1 con 26.2% a diferencia de la muestra 2 que se encontró 68.5%.

Gráfico 04: Análisis Granulométrico en Gravas.

INTERPRETACIÓN

En el gráfico 04 se visualizó la cantidad de gravas existentes en la muestra 1 siendo esta de 12.4%, por otro lado no se tuvo presencia grava en la muestra 2.

Una vez obtenidos los resultados del ensayo de granulometría y gracias a la guía ASSHTO 93 se pudo identificar el tipo de suelo que contenía la zona de estudio, así mismo elaborar el perfil estratigráfico.

12.40% 0 0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% 14.00% Muestra 1 Muestra 2 % d e Gr av as Muestras

(39)

30 Perfil Estratigráfico

Gráfico 05: Perfil Estratigráfico.

FUENTE: Elaboración propia de los autores CAPA 0.00 0.05 0.08 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 P R O F. ( m .) ESTRATO SÍMBOLO

GRÁFICO DESCRIPCIÓN VISUAL DEL SUELO

ESPESOR (m)

01

0.10 Material de aporte (contaminado)

03

1.50 Arcilla arenosa de baja plasticidad

(40)

31 INTERPRETACIÓN

En el gráfico 05 se pudo visualizar material contaminado en la superficie (primeros 0.10 metros), así mismo de 0.12 a 0.90 metros de profundidad se observa presencia de arena limosa con grava, finalmente de 0.95 a 1.50 metros predomina la arcilla arenosa de baja plasticidad.

Límites de Atterberg

Luego de haber mostrado el perfil estratigráfico del terreno se procedió a desarrollar los límites de consistencia que se clasifican en límite líquido y límite plástico. Gráfico 06: Límites de Atterberg C1 – M1

INTERPRETACIÓN

En el gráfico 06 se observó un 33% de límite líquido, un 24% de límite plástico y 9% de índice de plasticidad, todos estos datos fueron obtenido de la muestra 1.

33% 24% 9% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35%

Límite Líquido Límite Plástico Índice de Plasticidad

% d e Lí mi tes d e co n si st en ci a Límite Líquido Límite Plástico Índice de Plasticidad

(41)

32 Gráfico 07: Límites de Atterberg C1 – M2

INTERPRETACIÓN

En el gráfico 07 se observó un 39% de límite líquido, un 20% de límite plástico y 19% de índice de plasticidad, todos estos datos fueron obtenido de la muestra 2. Propiedades Mecánicas:

Proctor Modificado

En este ensayo se pudo encontrar el porcentaje de humedad a la que se deberá realizar la compactación, así mismo esto permitió calcular el peso volumétrico seco máximo.

Tabla 11: Proctor Modificado C1-M1.

Densidad máxima (gr/cm3₎ _1.779

Humedad óptima (%) 18.0

INTERPRETACIÓN

En la tabla 11 se pudo observar que en la muestra 1, la densidad máxima fue de 1.779 y la humedad óptima fue de 18.0%.

39% 20% _19% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

Límite Líquido Límite Plástico Índice de Plasticidad % d e Lí mi tes d e co n si st en ci a Límite Líquido Límite Plástico Índice de Plasticidad

(42)

33 Tabla 12: Proctor Modificado C1-M2.

Densidad máxima (gr/cm3₎ _1.742

Humedad óptima (%) 15.7

INTERPRETACIÓN

En la tabla 12 se pudo observar que en la muestra 2, la densidad máxima fue de 1.742 gr/cm3_{y la humedad óptima fue de 15.7%.}

California Bearing Ratio (CBR)

En este ensayo se pudo encontrar el porcentaje de humedad a la que se deberá realizar la compactación, así mismo nos permitió calcular el peso volumétrico seco máximo.

Gráfico 08: California Bearing Ratio.

INTERPRETACIÓN

En el gráfico 08 se visualizó el CBR aplicado a la muestra teniendo como resultado 10.3 y 10.9 al 100%, así mismo 4.9 y 4.7 al 95% respectivamente.

10.30% 10.90% 4.90% _4.70% 0.00% 2.00% 4.00% 6.00% 8.00% 10.00% 12.00% CBR 100% - CBR 95% CBR 100% - CBR 95% % d e C ap aci d ad P o rt an te CBR

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34 Dentro de las propiedades físicas del terreno se encontró un porcentaje un poco elevado de humedad en la subrasante 22.91%, también dentro las primeras muestras se visualizó gran presencia de arenas y gravas, por otro lado, en la segunda muestra predominaron los finos, teniendo así una arcilla arenosa de baja plasticidad. Con respecto a las propiedades mecánicas el terreno presentó una capacidad portante regular.

El tercer objetivo específico consistió en conocer las propiedades del geotextil tejido luego de haber sido aplicado a nivel de la subrasante en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana.Piura.2020, para lo cual se tuvo que recaudar diferentes teorías de revistas científicas.

Tabla 13: Propiedades físicas y mecánicas del geotextil

Propiedades Físicas Propiedades Mecánicas

- Gravedad Específica.

- Masa por unidad de área.

- Grosor. - Rigidez. - Comprensibilidad. - Fuerza de tensión. - Resistencia a la tracción. - Resistencia a la costura. - Resistencia a la Fatiga. - Resistencia al estallido. - Resistencia a la Rotura. - Resistencia de Punción. FUENTE: Elaboración propia de los autores.

INTERPRETACIÓN:

En la tabla 13 se indica que las propiedades físicas del geotextil son la gravedad específica, masa por unidad de área, grosor, rigidez, así como también indica que tiene como propiedades mecánicas del geotextil son la comprensibilidad, fuerza de tensión, resistencia a la tracción, resistencia a la costura, resistencia a la fatiga, resistencia al estallido, resistencia a la rotura, resistencia de punción.

Cabe resaltar que dentro de las propiedades mecánicas se puede encontrar los intervalos en los cuales se va a regir el uso del geotextil con respecto a la capacidad portante del suelo.

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35 Tabla 14: Valores recomendados de geotextil para diversos grados de

trabajabilidad Subrasante CBR (%) Requisitos de trabajabilidad Rigidez mínimia de la tela (mg.cm) CBR ≤ 0.5 Muy alta Alta 25.000 15.000 0.5 < CBR ≤ 1.0 Alta Moderada 15.000 10.000 1.0 < CBR ≤ 2.0 Moderada Baja 10.000 5.000 CBR > 2.0 Ninguno Ninguno 1.000 1.000

FUENTE: Elaboración propia de los autores en base al libro Designing with Geosynthetics de Robert Koerner.

INTERPRETACIÓN:

En la tabla 14 se observó los intervalos brindados por el libro de Koerner en función al CBR, de igual manera la rigidez mínima para la fabricación de cada una de estas. Dentro de las proporciones de este implemento resaltan diferentes tipos de materiales en el uso de fabricación de los geotextiles.

Gráfico 09: Porcentaje de material más utilizado.

FUENTE: Elaboración propia de los autores 92% 5% _2% 1% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Polipropileno Poliester Polietileno Nylon

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36 INTERPRETACIÓN:

En el gráfico 09 se indica que el polipropileno es el material más usado en la fabricación de los geotextiles ya que tiene una estructura semicristalina que le proporciona una alta rigidez, buenas propiedades a la tracción y resistencia a los ácidos, a los álcalis y a la mayoría de disolventes, así mismo el nylon es el menos usado para la fabricación de geotextiles pero a pesar de esto ofrece una alta resistencia a temperaturas elevadas, ductilidad, una buena resistencia a la abrasión y al desgaste, pero tiene sus limitaciones las cuales incluyen una tendencia a absorber humedad, con el resultado de la producción de cambios en las propiedades mecánicas y dimensionales y una resistencia limitada a los ácidos y a los agentes climáticos.

El cuarto objetivo específico fue diseñar la estructura de un pavimento rígido y un pavimento rígido con geotextil en calles del AA. HH José Obdulio Rivera del distrito de Querecotillo-Sullana. Piura 2020. Una vez obtenido el estudio de transitabilidad y las propiedades físicas y mecánicas de la zona de estudio se procedió a desarrollar el objetivo. Para el diseño estructural del pavimento rígido en cuestión se utilizó la guía AASHTO 93, así mismo dicho método nos asegura que la construcción del pavimento deberá mantenerse hasta después de concluir el periodo de diseño para el cual fue construido.

𝐿𝑜𝑔₁₀(𝐸𝑆𝐴𝐿) = 𝑍𝑟𝑆𝑜 + 7.35𝑙𝑜𝑔10(𝐷 + 1) − 0.06 + [ log₁₀( ΔPSI 4.5 − 1.5 ) 1 +_{(𝐷 + 1)}1.624x10_8.467 ] + (4.22 − 0.32𝑃𝑡)𝑙𝑜𝑔₁₀[ 𝑆´𝑐 x 𝐶𝑑(𝐷 0.75_{− 1.132)} 215.63𝐽 + [𝐷0.75₋ 18.42 (𝐸𝑐/𝐾)0.25] ]

ESAL: Número previsto de ejes equivalentes de 18Kips (80KN), a lo largo del periodo de diseño.

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37 Zr: Desviación normal estándar

So: Error estándar combinado en la predicción del tránsito y en la variación del comportamiento esperado del pavimento.

D: Espesor del pavimento (in).

𝛥PSI: Diferencia entre los índices de servicio inicial y final. Pt: Índice de servicio final.

S’c: Resistencia media del concreto (Psi) o flexotracción (método de carga en los tercios de luz).

Cd: Coeficiente de drenaje.

J: Coeficiente de transmisión de cargas en las juntas. E: Módulo de elasticidad del concreto (Psi).

K: Modulo de reacción del suelo (Pci), en el que se apoya el pavimento de concreto (sub rasante, sub base, o combinación de ambos).

Diseño del pavimento rígido

Esal: (Ejes Simples Equivalentes 82kn):

Anteriormente se realizó el estudio de tráfico teniendo como resultado:

Periodo de diseño:

Para dicho diseño se consideró un periodo de diseño de 20 años debido a que la zona de estudio es rural, así mismo la cantidad de vehículos pesados es considerable, por otro lado, se escoge 20 años debido que la industria del plátano –que es la predominante en este distrito– va en crecimiento y el transito irá en aumento.

ESAL = 17 x 106